Ein Motor muss weder Zahnräder noch eine Spule besitzen. Im Experiment eines internationalen Forschungsteams genügt ein einzelnes schraubenförmiges Molekül: Elektrischer Strom versetzt es in eine gerichtete Drehbewegung. Wird die Spannung umgepolt, kehrt sich die bevorzugte Drehrichtung um.
Das Besondere ist eine Rückkopplung: Die Bewegung verändert ihrerseits, wie gut Strom durch das Molekül fließt. Die am 22. Oktober in Nature veröffentlichte Arbeit verbindet damit zwei Aufgaben in einem winzigen Baustein – Bewegung erzeugen und den Stromfluss beeinflussen.
Eine Schraube zwischen Goldkontakten
Das Herzstück ist ein sogenanntes Helicen, ein schraubenförmig gewundenes Molekül. Hergestellt wurde es an der Universität Kopenhagen. Am israelischen Weizmann-Institut befestigte das Team um Oren Tal und Anil Kumar Singh einzelne Exemplare zwischen zwei atomar feinen Goldspitzen. Schwefelatome ermöglichen die Verbindung mit den Metallkontakten. Das Molekül misst nach Angaben der Universität Augsburg nur wenige millionstel Millimeter.
Die Kontakte dienen nicht allein der Stromversorgung. Verändern die Forschenden ihren Abstand, wird die molekulare Schraube gestreckt oder gestaucht. Dadurch lässt sich beeinflussen, bei welcher Spannung der starke Anstieg des Stromflusses einsetzt.
Als anschauliches Vorbild dient die archimedische Schraube. Während sie üblicherweise durch Drehung Wasser befördert, steht hier die umgekehrte Umwandlung im Mittelpunkt: Ein Strom durch eine gewundene Struktur erzeugt Bewegung. Der theoretischen Erklärung zufolge übertragen die Elektronen dabei Drehimpuls auf das Molekül.
Die Bewegung verrät sich im Strom
Eine Kameraaufnahme des rotierenden Moleküls liefert das Experiment nicht. Gemessen wird der elektrische Strom. Was sich im Kontakt bewegt, erschließen die Forschenden aus den Messsignalen und aus physikalischen Berechnungen. Diese Unterscheidung ist wichtig: Der vorgeschlagene Mechanismus erklärt die Beobachtungen, ist aber nicht mit einem unmittelbar gefilmten Motorlauf gleichzusetzen.
An der Universität Augsburg untersuchte die Gruppe um Fabian Pauly mit quantenmechanischen Simulationen, wie die Stellung des Moleküls dessen Leitfähigkeit beeinflusst. Demnach leiten manche während der Drehung erreichbaren Anordnungen erheblich besser als die bevorzugten Ruhestellungen. Nach Angaben der Universität kann die Leitfähigkeit dabei bis zum Hundertfachen zunehmen.
Das Modell beschreibt zudem einen Übergang: Unterhalb einer bestimmten Spannung erfolgt die Drehbewegung schrittweise, darüber wird sie kontinuierlich. Damit hängen mechanische Bewegung und elektrischer Transport unmittelbar zusammen.
Kein erster Motor, aber ein neuer Ansatz
Molekulare Maschinen haben eine längere Vorgeschichte. Für ihre Entwicklung ging der Chemienobelpreis 2016 an Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Ben Feringa. Schon 2011 berichtete eine unabhängige Gruppe an der amerikanischen Tufts University über einen elektrisch betriebenen Einzelmolekülmotor. Damals saß das Molekül auf einer Kupferoberfläche; Elektronen aus einem Rastertunnelmikroskop trieben seine Bewegung an.
Die neue Arbeit untersucht dagegen ein Molekül, das zwei Metallkontakte überbrückt und dessen Bewegung zugleich den Stromtransport verändert. Das macht den Ansatz für molekulare Elektronik interessant. Ein einsatzfähiges Bauteil ist damit noch nicht gezeigt. Der Ertrag liegt zunächst in einem Funktionsprinzip: Im Maßstab einzelner Moleküle können Motor und stromsteuerndes Element ein und dasselbe sein.
Redaktionell geprüft · 23. Oktober 2026
